荧光原理

物质
相对I
苯
102.1.3 影响因素
环境因素-- 溶剂：
激发态比基态极性大
溶剂极性↑，则荧光红移并↑.
8-羟基喹啉 溶剂的影响
溶剂 介电常数 CCl4 2.24 CHCl3 5.2 CH3CN 38.8
λf/nm φf 390 0.002 398 0.041 410 0.064
增加荧光效率并产生红移
奈φf=0.29，λf=310nm
蒽φf=0.46，λf=400nm
2.1.3 影响因素
分子结构：刚性平面结构
刚性和共平面性的增加有利于荧光 发射。
原因：可降低分子振动，减少与溶 剂的相互作用，碰撞去活降低，故 具有很强的荧光 。
芴
φf＝1.0
联二苯 φf＝0.2
2.1.3 影响因素
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2.14 定量依据与方法
(1)定量依据
荧光强度 If正比于吸收的光量Ia和荧光量子效率 ：
I f = Ia
由朗-比耳定律： Ia = I0(1-10- l c )
If = I0(1-10- l c ) = I0(1-e-2.3 l c )
2.1 荧光Fluorescence
2.1.1 产生
激发态
分子的电子能态：基态→激发态 则: 能量增加/分子的多重性可能改变
多重度M=2S+1
泡利不相容原理
S为自旋量子数的代数和 S= 1 2 1 2 0 含偶数电子的分子, 电子成对，
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2.1.1 产生 激发后S/T两态
单重态基态S0
辐吸 射收
单重态基态S0
辐吸 射收
通常自旋不变 激发态S1/ S2
自旋改变 激发态T1/T2
三重态triplet state
Hund 泡利不相容原理 S= 1 2 1 2 1 规 则
M=2S+1 3 平行自旋能量更低
单线态与三线态
3p 3s
1 2
单：荧光/三：磷光
分子结构
给/吸电子基增/减荧光
典型给电子基团： -NH2、 -OH （n-π共轭 ） 苯甲酸 相对荧光强度 3
苯：
10
苯酚： 18
硝基苯
0
酚离子：10
苯胺： 20
典型吸电子基团： >C=O 、-NO2
2.1.3 影响因素
分子结构
卤素重原子效应荧光大减：含有重原子的分子中， 系间窜跃的几率大,使荧光减弱，磷光增强。
Mg的基态与第一激发态
1 2
1 2

1 2
1 2
1 2
基态
2S+1=1
基态
2S+1=1
1st激发态
2S+1=3
自旋改变：三重态
自旋不变：单重态
2.1.1 产生 去活化6种方式
(1) 振动驰豫 （无辐射跃迁）
激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级 转至较低振动能级的过程，其效率较高。
(2) 荧光发射
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2.1.1 产生：过程
吸收激发
内振 部动 转驰 换豫
荧光的产生
e e
S1最低
辐荧 射光
e
S0各振动能级
e
分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 2.1.6 荧光仪器
2.1.3 荧光的影响因素 2.1.5 发射与激发光谱 2.1.7 实验技术与应用
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2.1.2 荧光效率
1.分子产生荧光必须具备的条件 （1）具有合适的结构； （2）具有一定的荧光量子产率。 荧光量子产率（）：
辐射跃迁概率的大小：
φf＝发荧光的分子数/激发态分子总数
f
kf k f ki
提高kf，降低ki 都可增强荧光
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分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 2.1.6 荧光仪器
2.1.3 荧光的影响因素 2.1.5 发射与激发光谱 2.1.7 实验技术与应用
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2.1.3 影响因素
分子结构
有共轭效应：通常>1个苯环，提高共轭度有利于
2.1.3 影响因素
环境因素-- 温度：
影响非常大。磷光影响更大。
辐射跃迁与T几乎无关，非辐射随T显著增大。
荧光素钠在-80℃：φf=100%
每↑10 ℃ → φf↓3%
发光仪配有低温装置
2.1.3 影响因素
环境因素-- pH：
对有机弱酸碱物质影响大，不同型体情况不同
有
无
无
有
2.1.3 影响因素
自熄：浓度高时，激发态之间相互碰撞 自吸：荧光与吸收曲线重叠，又被基态分子吸收
这点也要求荧光测量：
低浓度！
分子发光分析
2.1.1 产生
2.1.1 荧光的产生
2.1 荧光
2.1.2 荧光效率 2.1.4 定量关系 2.1.6 荧光仪器
2.1.3 荧光的影响因素 2.1.5 发射与激发光谱 2.1.7 实验技术与应用
猝灭效应
(1)碰撞猝灭及能量转移：
主要是外部转换热效应
溶剂或溶质分子间发生物理或化学作用导致荧光强度下降。
与熄灭剂碰撞：M* +Q →M+Q+热
激发熄灭剂： M* +Q →M+Q* 粘度大 ↓效应，利于荧光 度高 ↑效应，不利荧光 温
2.1.3 影响因素
猝灭效应
(2)氧熄灭
顺磁性氧分子，促系间跨跃成三重态 (3) 自熄灭/自吸收
(4) 体系间跨越 intersystem corssing
不同多重态间的无辐射跃迁: S1→ T1 自旋反转
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2.1.1 产生 去活化
(5) 磷光发射
（发射光子）
T1最低振动能级→ S0时产生磷光辐射 寿命长，能量更低。
室 温 无 磷 光
(6) 外部转换 external conversion
（辐射跃迁：发射光子）
S1→ S0 :受光激发分子从第一激发单重态的最低振
动能级回到基态所发出的辐射。
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2.1.1 产生 去活化
不论开始处于哪个激发S态 最后到达S1最低振动能级
(3) 内部转换 internal conversion
相同多重态间的无辐射跃迁(S1与S2振动能级有重叠时)
激发态分子与溶剂之间的能量转换而使荧光（或磷
光）减弱甚至消失的过程。荧光强度的减弱或消失，
称为荧光熄灭（或猝灭）。
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2.1.1 产生 去活化示意图
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驰豫 吸收 2.1.1 产生 去活化演示
e e
e
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e
内部转换 荧光 2.1.1 产生 去活化演示
e e
e